Ein Team britischer und australischer Astronomen gab heute bekannt, dass es das fehlende Glied gefunden hat, das moderne Galaxien wie unsere eigene Milchstraße direkt mit dem Urknall in Verbindung bringt, der unser Universum vor 14 Milliarden Jahren geschaffen hat. Die Ergebnisse sind das Ergebnis einer 10-jährigen Anstrengung, die Verteilung von 220.000 Galaxien im Weltraum durch das 2dFGRS (2-Grad Field Galaxy Redshift Survey), ein Konsortium von Astronomen, unter Verwendung des 3,8 m langen anglo-australischen Teleskops (AAT) abzubilden. . Dieses fehlende Glied wurde durch die Existenz subtiler Merkmale in der Galaxienverteilung in der Umfrage aufgedeckt. Die Analyse dieser Merkmale hat es dem Team auch ermöglicht, das Universum mit beispielloser Genauigkeit abzuwägen.
Das 2dFGRS hat die Verteilung von Galaxien, die als großräumige Struktur des Universums bezeichnet wird, detailliert gemessen. Diese Muster sind zwischen 100 Millionen und 1 Milliarde Lichtjahre groß. Die Eigenschaften der großräumigen Struktur werden durch physikalische Prozesse bestimmt, die abliefen, als das Universum tatsächlich sehr jung war.
Dr. Shaun Cole von der University of Durham, der die Forschung leitete, erklärt: „Zum Zeitpunkt der Geburt enthielt das Universum winzige Unregelmäßigkeiten, von denen angenommen wurde, dass sie auf„ Quanten “- oder subatomare Prozesse zurückzuführen sind. Diese Unregelmäßigkeiten wurden seitdem durch die Schwerkraft verstärkt und führten schließlich zu den Galaxien, die wir heute sehen. “
Theoretiker in den 1960er Jahren schlugen vor, dass die Urkeime von Galaxien als Wellen in der Strahlung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) gesehen werden sollten, die in der vom Urknall übrig gebliebenen Wärme emittiert wurde, als das Universum nur 350.000 Jahre alt war. Später wurden 1992 vom COBE-Satelliten der NASA Wellen gesehen, aber bis jetzt konnte kein fester Zusammenhang mit der Galaxienbildung nachgewiesen werden. 2dFGRS hat herausgefunden, dass sich ein Muster, das in diesen Wellen zu sehen ist, auf das moderne Universum ausgebreitet hat und heute in Galaxien nachgewiesen werden kann.
Die Muster in der CMB enthalten markante Flecken mit einem Durchmesser von etwa einem Grad, die durch Schallwellen erzeugt werden, die sich im unvorstellbar heißen Plasma des Urknalls ausbreiten. Diese Merkmale werden als "akustische Spitzen" oder "Baryon-Wackelbewegungen" bezeichnet. Theoretiker hatten spekuliert, dass die Schallwellen auch Spuren in der dominanten Komponente des Universums hinterlassen haben könnten - der exotischen „dunklen Materie“, die selbst die Bildung von Galaxien antreibt. Physiker und Astronomen machten sich daran, diesen Abdruck in Karten unserer eigenen galaktischen Nachbarschaft zu identifizieren.
Nach jahrelanger sorgfältiger Arbeit mit Messungen von Galaxien am anglo-australischen Teleskop und der Modellierung ihrer Eigenschaften mit ausgefeilten mathematischen und rechnerischen Techniken hat das 2dFGRS-Team den Abdruck von Schallwellen im Urknall identifiziert. Es erscheint als heikles Merkmal im „Leistungsspektrum“, der Statistik, mit der Astronomen die Muster quantifizieren, die in Karten der Galaxienverteilung zu sehen sind. Diese Merkmale stimmen mit denen im Mikrowellenhintergrund überein - was bedeutet, dass wir die Lebensgeschichte des Gases verstehen, aus dem sich Galaxien gebildet haben.
Die Baryonenmerkmale enthalten Informationen über den Inhalt des Universums, insbesondere über die Menge an gewöhnlicher Materie (bekannt als Baryonen), die sich zu Sternen und Planeten verdichtet hat und aus der wir selbst bestehen.
Professor Carlos Frenk, Direktor des Instituts für Computational Cosmology der University of Durham, sagte: „Diese Baryonenmerkmale sind der genetische Fingerabdruck unseres Universums. Sie stellen eine direkte evolutionäre Verbindung zum Urknall her. Sie zu finden ist ein Meilenstein in unserem Verständnis, wie der Kosmos entstanden ist. “
Professor John Peacock von der Edinburgh University, britischer Teamleiter der 2dFGRS-Zusammenarbeit, sagte: „Ich glaube nicht, dass irgendjemand erwartet hätte, dass einfache kosmologische Theorien so gut funktionieren. Wir sind sehr glücklich, dieses Bild des Universums zu sehen. "
Das 2dFGRS hat gezeigt, dass Baryonen ein kleiner Bestandteil unseres Universums sind und nur 18% der Gesamtmasse ausmachen, während die restlichen 82% als dunkle Materie erscheinen. Zum ersten Mal hat das 2dFGRS-Team die 10-Prozent-Genauigkeitsgrenze bei der Messung der Gesamtmasse des Universums überschritten.
Als ob dieses Bild nicht seltsam genug wäre, zeigte das 2dFGRS auch, dass die gesamte Masse im Universum (sowohl leuchtend als auch dunkel) durch eine noch exotischere Komponente namens "Vakuumenergie" oder "Dunkle Energie" 4: 1 aufgewogen wird. Dies hat Antigravitationseigenschaften, wodurch sich die Expansion des Universums beschleunigt. Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus der Kombination von 2dFGRS-Ergebnissen mit Daten zur Mikrowellenhintergrundstrahlung, die ab dem Zeitpunkt der Erstellung der Baryonenmerkmale übrig geblieben sind. Der Ursprung und die Identität der dunklen Energie bleiben eines der tiefsten Geheimnisse der modernen Wissenschaft.
Unser Wissen über den Mikrowellenhintergrund hat sich 2003 mit Daten vom WMAP-Satelliten der NASA erheblich verbessert. Das WMAP-Team kombinierte seine Informationen mit einer früheren Analyse eines Teils des 2dFGRS, um zu dem Schluss zu gelangen, dass wir tatsächlich in einem von dunkler Energie dominierten Universum leben. Dies wurde 2003 vom Wissenschaftsmagazin als „Durchbruch des Jahres“ bezeichnet. Die Entdeckung des kosmischen fehlenden Glieds durch das 2dFGRS-Team, fast genau ein Jahr später, krönt nun die Erfolge eines Jahrzehnts sorgfältiger Arbeit.
In einer interessanten Wendung könnten Hinweise auf die Identität der dunklen Energie gewonnen werden, indem Baryonenmerkmale in der sich entwickelnden Galaxienverteilung auf halbem Weg zwischen jetzt und dem Urknall gefunden werden. Zu diesem Zweck planen britische Astronomen und ihre Mitarbeiter auf der ganzen Welt derzeit große Galaxienuntersuchungen sehr weit entfernter Galaxien.
Die unabhängige Bestätigung des Vorhandenseins von Baryonenmerkmalen in der großflächigen Struktur stammt aus der von den USA geführten Sloan Digital Sky Survey. Sie verwenden eine komplementäre Methode, die das Leistungsspektrum nicht einbezieht, und untersuchen eine seltene Untergruppe von Galaxien über ein größeres Volumen als das 2dFGRS. Trotzdem sind die Schlussfolgerungen konsistent, was sehr befriedigend ist.
Professor Michael Strauss von der Princeton University, Sprecher der SDSS-Zusammenarbeit, sagte: „Das ist wunderbare Wissenschaft. Die beiden Gruppen haben nun unabhängig voneinander direkte Beweise für das Wachstum der Struktur durch Gravitationsinstabilität aufgrund der anfänglichen Schwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund gesehen. “
Originalquelle: PPARC-Pressemitteilung
